Question

8．硫酸锌用于制造立德粉，并用作媒染剂、收敛剂、木材防腐剂等．现欲用氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）为原料及以下工艺流程生产ZnSO₄•7H₂O．

（1）步骤Ⅰ的操作是酸浸和过滤，滤渣A的主要成分是H₂SiO₃（填化学式）．
（2）步骤Ⅰ加入稀硫酸进行酸浸时，需不断通入高温水蒸气的目的是升高温度，使反应物充分混合，以加快反应速率．
（3）步骤Ⅱ中，在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂两种沉淀，该反应的离子方程式为3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺．
（4）步骤Ⅲ得到的滤液中，金属阳离子是Zn²⁺（填离子符号）．
（5）步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压低温条件下进行，其原因是降低烘干的温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解．
（6）取28.70g ZnSO₄•7H₂O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如下图所示．

680℃时所得固体的化学式为b（填字母序号）．
a．ZnO　b．Zn₃O（SO₄）₂c．ZnSO₄   d．ZnSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，反应生成硅酸不溶，过滤分离，滤液中加入高锰酸钾溶液与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液中含有硫酸铜和硫酸锌，加锌粉置换铜离子，过滤，滤渣为Cu可能含有Zn，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO₄•7H₂O晶体．
（1）ZnSiO₃与硫酸反应生成硅酸不溶，过滤分离；
（2）不断通入高温水蒸气可使反应液的温度升高，使反应物充分混合，以加快反应速率；
（3）在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，亚铁离子被氧化，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂两种沉淀，配平书写离子方程式；
（4）步骤Ⅲ加锌粉置换铜离子，过滤得到硫酸锌溶液；
（5）ZnSO₄•7H₂O在温度较高时易失去结晶水；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，分别计算分解生成ZnO、ZnSO₄、ZnSO₄•H₂O的质量，结合温度进行判断．

解答 解：氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，反应生成硅酸不溶，过滤分离，滤液中加入高锰酸钾溶液与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液中含有硫酸铜和硫酸锌，加锌粉置换铜离子，过滤，滤渣为Cu可能含有Zn，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO₄•7H₂O晶体．
（1）步骤Ⅰ加入硫酸，加稀硫酸充分浸泡，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，ZnSiO₃与硫酸反应生成硅酸不溶，过滤分离，得到滤渣A为H₂SiO₃，
故答案为：酸浸和过滤；H₂SiO₃；
（2）步骤Ⅰ加入稀硫酸进行触浸时，需不断通入高温水蒸气，可增大反应的温度，使反应物充分混合，加快反应速率，
故答案为：升高温度，使反应物充分混合，以加快反应速率；
（3）在PH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，该反应的离子方程式为：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺，
故答案为：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺；
（4）步骤Ⅲ加锌粉置换铜离子，过滤得到硫酸锌溶液，滤液中含有Zn²⁺，
故答案为：Zn²⁺；
（5）ZnSO₄•7H₂O在温度较高时易失去结晶水，需在减压低温条件下干燥，
故答案为：降低烘干的温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，若得ZnSO₄•H₂O的质量为17.90g，则温度为100℃；若得ZnSO₄的质量为16.10g，则温度为250℃；若得ZnO的质量为8.10g，则温度为930℃，据此通过排除法确定680℃时所得固体的化学式为Zn₃O（SO₄）₂；
故答案为：b．

点评 本题以ZnSO₄•7H₂O的制备为载体，考查了基本实验操作、氧化还原反应、化学反应速率的影响因素、陌生方程式的书写、化学计算等知识，（6）中注意利用特殊值进行解答，题目难度中等．